Методика экспериментального исследования предварительных напряжений в образце при вдавливании индентора
Разрушающие методы как способ оценки состояния материала. Испытания на растяжение, сжатие, изгиб. Выбор способа равномерного сжатия натурного образца со всех сторон с целью создания в нем напряжений заданной величины. Контакт инденторов с образцом.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 29.05.2017 |
| Размер файла | 522,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Методика экспериментального исследования предварительных напряжений в образце при вдавливании индентора
А.Н. Бескопыльный
А.А. Веремеенко
Повышение качества зданий, сооружений, машин и механизмов, обеспечение их надежности и работоспособности является важнейшей задачей строительной и машиностроительной индустрий. Основным способом оценки состояния материала являются различные разрушающие методы - многочисленные испытания на растяжение, сжатие, изгиб и т.д. Такие методы требуют произвести отбор образцов, что на реальной конструкции часто недопустимо. Поэтому в последние годы получают распространение методы неразрушающего контроля. Одним из таких методов является метод вдавливания инденторов. Если говорить об измерениях непосредственно на объекте, то большой практический интерес представляет оценка напряжений, уже присутствующих в конструкции на параметры вдавливания [1, 2, 3].
Для оценки этого влияния в случае радиального сжатия упругопластической среды необходимо было провести экспериментальное исследование. Основной вопрос заключался в выборе способа равномерного сжатия натурного образца со всех сторон с целью создания в нем напряжений заданной величины. Для этих целей разработано приспособление, представленное на рис. 1. Для создания необходимых напряжений в исследуемом материале необходимо изготовить образец, представленный на рис. 2 и запрессовать его в оправку представленную на рис. 1. Размер a образца выбирается исходя из требуемой величины напряжений. При запрессовке для уменьшения трения образец должен быть смазан графитовой смазкой. При этом с достаточной точностью (2 … 3%) можно считать поля напряжений в образце распределенными равномерно в радиальном направлении в зоне контакта инденторов с образцом. Однако для проверки такого предположения были проведены численные исследования процесса запрессовки образца в оправку методом конечных элементов (МКЭ).
Была рассмотрена осесимметричная модель, представленная на рис. 3, в которой материал оправки считали абсолютно упругим и задавали упругими характеристиками, такими как модуль упругости (модуль Юнга) E = 2,05105 МПа и коэффициент Пуассона = 0,3. Материал образца в упругой зоне был задан теми же характеристиками, а в зоне пластического течения зависимость напряжения от деформации была задана кусочно линейной кривой. Граничные условия и приложенная нагрузка были заданы как показано на рис. 3. В результате разбиения получили модель, включающую около 1000 элементов и 1000 узлов. В зоне контакта для его идентификации и разделения узловых точек контактируемых тел во время деформации было сгенерировано около 200 контактных элементов типа «поверхность-поверхность» причем одна из контактных поверхностей (targe) принадлежит внутренней поверхности оправки, как наиболее твердой, а другая (conta) - поверхности образца. Коэффициент трения между ними f = 0,05.
Рис. 1. Схема оправки для создания радиальной сжимающей нагрузки в образце
Рис. 2. Схема образца для испытания
Рис. 3. Расчетная модель
В результате расчета было получены распределения полей радиальных напряжений в образце, представленные на рис. 4 а, рис. 5 а, а также зависимость этих напряжений от радиуса образца (рис. 4 б, рис. 5 б). Анализ результатов позволяет сделать заключение о возможности адекватного применения посадки с натягом для создания равномерного радиального напряжения образца.
Для изготовления оправки (рис. 1) была использована сталь 40 с последующей термообработкой в масле до твердости 540 HV.
Контроль над размерами образцов до запрессовки проводили при помощи рычажного микрометра с точностью до 0,001 мм. Посадка выполнялась под гидравлическим прессом. Предварительно контактируемые поверхности были покрыты слоем графитовой смазки для уменьшения трения.
Для выявления напряжений в образце был вначале измерен конечный диаметр образца при помощи оптической системы светового микроинтерферометра МИИ-4 с точностью установки столика 0,001 мм. Деформацию вычисляли по формуле:
, (1)
Для определения напряжений был использован обобщенный закон Гука в цилиндрических координатах (1):
(1)
где и - коэффициенты Ламе (2); - объемная деформация (3); G - модуль сдвига; u - смещение в соответствующем направлении; r, и z - цилиндрические координаты точки.
(2)
(3)
а) б)
Рис. 4. Радиальные r напряжения в образце, нагруженном на уровне 0,5т: а) - поля радиальных напряжений r; б) - распределение радиальных напряжений r по диаметру образца
а) б)
Рис. 5. Радиальные напряжения r в образце, нагруженном на уровне текучести: а) - поля радиальных напряжений r; б) - распределение радиальных напряжений r по диаметру образца
Литература
материал растяжение сжатие индентор
1. Вернези Н.Л., Веремеенко А.А., Веремеенко Е.Г. Диагностика прочности металлических конструкций. // Новые технологии НБ МГТУ, вып. 4, 2012.
2. В.В. Литвинов, Б.М. Языев, А.Н. Бескопыльный Устойчивость круговой цилиндрической оболочки при равномерном внешнем давлении // Инженерный вестник Дона, вып 4, 2011.
3. А.Н. Бескопыльный, М.И. Кадомцев, А.А. Ляпин Методика исследования динамических воздействий на перекрытия пешеходного перехода при проезде транспорта // Инженерный вестник Дона, вып. 4, 2011.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Вычисление главных напряжений. Углы наклона нормалей. Определение напряжений на наклонных площадках. Закон парности касательных напряжений. Параметры прочностных свойств материала, упругих свойств материала. Модуль упругости при растяжении (сжатии).
контрольная работа [417,0 K], добавлен 25.11.2015Изучение свойств материалов, установления величины предельных напряжений. Условный предел текучести. Механические характеристики материалов. Испытание на растяжение, сжатие, кручение, изгиб хрупких материалов статической нагрузкой. Измерение деформаций.
реферат [480,5 K], добавлен 16.10.2008Выбор материала, его характеристик и допускаемых напряжений. Расчет прочности и жесткости балок и рам, ступенчатого стержня и стержня постоянного сечения, статически неопределимой стержневой системы при растяжении-сжатии и при кручении. Построение эпюр.
курсовая работа [628,4 K], добавлен 06.12.2011Изучение методики и экспериментальное определение напряжений в элементах конструкций электротензометрированием; сравнение расчетных и экспериментальных значений напряжений и отклонений от них. Определение напряжений при изгибе элемента конструкции.
лабораторная работа [1,0 M], добавлен 06.10.2010Сущность статических испытаний материалов. Способы их проведения. Осуществление испытания на растяжение, на кручение и изгиб и их значение в инженерной практике. Проведение измерения твердости материалов по Виккерсу, по методу Бринеля, методом Роквелла.
реферат [871,2 K], добавлен 13.12.2013Экспериментальное изучение поведения материалов и определение их механических характеристик при растяжении и сжатии. Получение диаграмм растяжения и сжатия различных материалов до момента разрушения. Зависимость между сжатием образца и сжимающим усилием.
лабораторная работа [61,4 K], добавлен 01.12.2011Схематизация свойств материала и геометрии объекта. Построение эпюр продольных сил и крутящих моментов. Центральное растяжение-сжатие. Напряжения и деформации. Неопределимые системы при растяжении сжатии. Основные сведения о расчете конструкций.
курс лекций [3,3 M], добавлен 30.10.2013Анализ поведения материала при проведении испытания на растяжение материала и до разрушения. Основные механические характеристики пропорциональности, текучести, удлинения, прочности, упругости и пластичности материалов металлургической промышленности.
лабораторная работа [17,4 K], добавлен 12.01.2010Определение частот вращения и вращающих моментов на валах электродвигателя. Выбор материала по заданной термообработке и определение допускаемых напряжений. Расчет всех валов червячного редуктора. Тепловой расчет и выбор смазки червячного редуктора.
курсовая работа [526,3 K], добавлен 23.10.2011Определение общего КПД привода. Выбор материала и определение допускаемых напряжений, проектный расчет закрытой цилиндрической передачи быстроходной ступени. Выбор материала и определение допускаемых напряжений тихоходной ступени. Сборка редуктора.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 26.07.2009Дифференциальное уравнение изгиба абсолютно жестких пластин судового корпуса. Перемещения пластины и значения изгибающих моментов. Цилиндрическая жесткость пластины. Влияние цепных напряжений на изгиб пластин. Определение напряжений изгиба пластины.
курсовая работа [502,8 K], добавлен 28.11.2009Определение динамических перемещений и напряжений в балке и пружине; сравнение расчетных и экспериментальных значений определяемых величин. Изучение методики испытаний материалов на ударный изгиб; определение ударной вязкости углеродистой стали и чугуна.
лабораторная работа [4,7 M], добавлен 06.10.2010Физическая природа, механизмы релаксации напряжений в металлах и сплавах. Методы изучения релаксации напряжений. Влияние различных факторов на процесс релаксации напряжений и ее критерии. Влияние термомеханической обработки на стойкость сталей и сплавов.
дипломная работа [1,6 M], добавлен 03.05.2009Кинематический расчет привода. Выбор твердости, термической обработки и материала колес. Определение допускаемых контактных напряжений и напряжений изгиба. Конструирование зубчатых колес, корпусных деталей, подшипников. Расчет валов на прочность.
дипломная работа [2,0 M], добавлен 12.02.2015Понятие прикладной механики. Эпюры внутренних усилий при растяжении-сжатии и кручении. Понятие о напряжениях и деформациях. Свойства тензора напряжений. Механические характеристики конструкционных материалов. Растяжение (сжатие) призматических стержней.
учебное пособие [1,5 M], добавлен 10.02.2010Кинематический расчет привода, который состоит из электродвигателя, ременной передачи, редуктора и муфты. Выбор материала, термической обработки, определение допускаемых контактных напряжений и напряжений изгиба. Подбор подшипников качения выходного вала.
курсовая работа [374,1 K], добавлен 22.01.2014Изучение методики испытаний на растяжение и поведение материалов в процессе деформирования. Определение характеристик прочности материалов при разрыве. Испытание механических характеристик стальных образцов при сжатии. Определение предела упругости.
лабораторная работа [363,0 K], добавлен 04.02.2014Определение временного, нормативного и расчетного сопротивления древесины на изгиб. Определение расчетного сопротивления древесины сжатию вдоль волокон. Расчет сопротивления древесины при длительном действии нагрузки и нормально–влажностных условиях.
отчет по практике [7,6 M], добавлен 01.11.2022Произведение расчета механического привода, состоящего из закрытой цилиндрической прямозубой передачи. Выбор электродвигателя, материала зубчатых колес и определение допускаемых контактных напряжений. Подбор способа и типа смазки редуктора и подшипников.
курсовая работа [193,4 K], добавлен 18.10.2011Вычисление допускаемой нагрузки по предельному состоянию и монтажных напряжений в обоих стержнях. Определение размеров поперечного сечения при допускаемом напряжении на сжатие. Расчет величины критической силы и коэффициент запаса устойчивости.
задача [115,5 K], добавлен 10.01.2011
